谈加工大型深孔的加工中心在线检测系统_CNC加工中心

前言：

便携式镗孔机主要应用于大型重工行业，例如：船舶加工制造业、军事加工制造业、核电产业等大型难加工，且加工精度要求特别高的行业。镗孔加工过程中镗杆轴线的位置决定了加工后孔的位置精度，同时对加工孔的形状精度也有直接影响^[u。目前国内便携式镗孔机的定心方式均采用手动测量、人工估算、手动调整的定心方法,特别是针对有磨损的大型深孔修复时，使用这种调整方法不仅效率低、工人劳动强度大、定位精度差,而且工件加工后易产生废品，导致巨大浪费^[3];对于空间位置有限深孔或盲孔，受条件限制工人无法安装操作时，这就需要运用自动化手段实现镗孔机自动定心^[44。因此，开发便携式镗孔机的在线检测自动定心系统是现场加工行业的自动化发展的需求，对现场加工行业的发展有重要的推动作用。

依据现场加工环境，以及系统安装条件为了实现便携式镗孔机的自动定心功能，设计如图1所示的便携式镗孔机测控系统图。

该加工中心的在线检测系统采用激光位移传感器的非接触式测量方式，通过多次测量调整来实现自动定心功能。测控系统主要分为三大模块:数据采集模块、数据处理模块、运动调整模块。

数据采集模块：在选定的测量截面内控制刀架旋转从而带动激光位移传感器圆周运动，完成对工件内腔的圆周扫描，采集得到!一组距离数据;运用无线传输技术将这些数据传输给上位机，并存储在上位机中。通过对多个截面的圆周扫描后，得到多组原始数据点，实现对工件内腔原始数据的采集。

数据处理模块:上位机对工件内腔原始数据进行合理的运算处理，计算出每个检测截面的圆心位置，然后通过拟合运算拟合出工件内腔的虚拟轴线；根据内腔虚拟轴线与镗杆轴线的空间位置关系，在上（下）调整面内计算出虚拟轴线点和镗杆轴线点的空间位置偏差量。

运动调整模块：上位机将空间位置偏差量传输给运动控制器，经过运动控制器的运算插补后，将插补信息传输给驱动装置，驱动装置驱使执行部件运动带动镗杆运动，从而实现镗杆的空间位置调整。

便携式镗孔机自动定心过程为：首先，对进行机械本体各部件进行安装，然后进行测控系统的安装，将水平倾角传感器、激光位移传感器、角度编码器和压力传感器等检测元件以及各执行机构的电气元件同控制系统进行连接，形成一个闭环控制的测控系统。其次，标定激光位移传感器发光点距主轴轴心的距离为K)，获取一个原始距离值。以水平倾角传感器检测方向为标准，标定坐标系方向，并建立测量坐标系。最后，通过激光位移传感器对工件原始内腔的逐层旋转扫描如图2所示。

获取工件内腔的原始数据；将得到的每层原始数据运用最小二乘法进行圆形拟合，从而得出每个截面扫描圆的拟合圆圆心及半径；然后每个截面处拟合的圆心再通过拟合运算，得出虚拟内腔圆柱的轴线；在调整截面内计算出两轴线与截面相交点之间的位置偏移量和，通过数据和与直线度^进行判别比较确定是否需要调整，如若需要调整则通过调整机构实现镗杆自动调整。经过多次测量、调整后达到定心精度的要求，完成自动定心，然后进行后续加工。

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结束语：

综上所述，本文采用互为基准的方法，对便携式镗孔机的自动定心测控系统进行了设计，并通过实验验证，结果表明：

(1) 该系统能够实现在线检测，快速进行数据处理，定心精度高，系统稳定，操作方便。

(2) 该系统具有多用性，不仅能用于加工前的系统自动定心，还能够用于加工后被加工工件的质量检测，可以实现定位检测和加工质量检测一体化。

(3) 运用自动化系统，大大降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率，提升了安全性能。同时也提高了现场加工机械的自动化程度，为其他机械自动化的发展提供了参考。

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